变速箱箱体加工工艺与专用机床夹具设计【7张CAD图纸】【优秀】

变速箱箱体加工工艺与专用机床夹具设计

44页 19000字数+说明书+任务书+开题报告+7张CAD图纸【详情如下】

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变速箱箱体加工工艺与专用机床夹具设计开题报告.doc

变速箱箱体加工工艺与专用机床夹具设计说明书.doc

变速箱箱体毛坯图.dwg

变速箱箱体零件图.dwg

夹具体.dwg

夹具零件图.dwg

工序卡片10张

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论文封皮.doc

过程卡片.dwg

过程管理封皮.doc

铣床夹具装配图.dwg

镗床夹具装配图.dwg

附录.doc

目    录

摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章  绪论 …………………………………………………………………………1

　　　1.1 选题背景 …………………………………………………………………………1

　　　1.2 选题选题的目的及意义 …………………………………………………………1

　　　1.3 国内外发展现现状 ………………………………………………………………2

　　　1.4 设计内容及方法 …………………………………………………………………3

第2章  变速箱体加工工艺规程设计 ……………………………………………4

　　　2.1 零件的分析 ………………………………………………………………………4

　　　　　2.1.1 零件的作用 ………………………………………………………………4

　　　　　2.1.2 变速箱箱体的结构特点 …………………………………………………4

　　　2.2 变速箱箱体的工艺性 ……………………………………………………………5

　　　　　2.2.1 零件的工艺性分析 ………………………………………………………5

　　　　　2.2.2 箱体的材料、毛坯及热处理 ……………………………………………5

　　　　　2.2.3 毛坯的材料热处理 ………………………………………………………6

　　　　　2.2.4 确定毛坯的制造形式 ……………………………………………………6

　　　　　2.2.5 基面的选择 ………………………………………………………………6

　　　　　2.2.6 确定工艺路线 ……………………………………………………………7

　　　　　2.2.7 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 …………………………8

　　　　　2.2.8 确定切削用量 ……………………………………………………………9

　　　2.3  本章小结 ………………………………………………………………………20

第3章 镗孔夹具设计 ………………………………………………………………21

　　　3.1 夹具的结构类型 ………………………………………………………………21

　　　　　3.1.1 夹紧力大小的确定原则 ………………………………………………22

　　　　　3.1.2 定位基准的选择 …………………………………………………………24

　　　　　3.1.3 切削力的计算与夹紧力分析 ……………………………………………24

　　　　　3.1.4 夹紧元件及动力装置确定 ………………………………………………25

　　　　　3.1.5 镗套、衬套、镗模板及夹具体设计 ……………………………………25

　　　　　3.1.6 夹具精度分析 ……………………………………………………………25

　　　　　3.1.7 夹具设计及操作的简要说明 ……………………………………………26

    3.2 本章小结 ………………………………………………………………………26

第4章  铣床夹具设计 ………………………………………………………………27

　　　4.1铣箱体上平面夹具图…………………………………………………27

　　　　　4.1.1 定位基准的选择 …………………………………………………………27

　　　　　4.1.2定位元件的设计 …………………………………………………………27

　　　　　4.1.3 定位误差分析 ……………………………………………………………28

　　　　　4.1.4 铣削力与夹紧力计算 ……………………………………………………28

　　　　　4.1.5 夹具体槽形与计对刀装置设 ……………………………………………29

　　　　　4.1.6 夹紧装置及夹具体设计 …………………………………………………31

　　　　　4.1.7 夹具设计及操作的简要说明 ……………………………………………32

　　　4.2本章小结 ………………………………………………………………………32

第5章  专用刀具量具的选择………………………………………………………34

　　　5.1刀具的选择 ………………………………………………………………………34

　　　　　5.1.1 刀具材料的选择 …………………………………………………………34

　　　　　5.1.2 确定合理的切削方式及工作角度 ………………………………………35

　　　　　5.1.3妥善解决刀具的排屑，容屑，断屑问题 ………………………………35

　　　　　5.1.5 正确选择刀具的轮廓 ……………………………………………………36

　　　5.2专用量具的选择 …………………………………………………………………36

　　　　　5.2.1 量规工作尺寸的确定 ……………………………………………………36

　　　   5.2.2 量规的技术要求 …………………………………………………………37

　　　5.3本章小结 …………………………………………………………………………37

结论 ………………………………………………………………………………………38

参考文献   …………………………………………………………………………39

致谢 ……………………………………………………………………………………40

附录 ………………………………………………………………………………………41

摘    要

　　　本次设计是汽车变速箱箱体零件的加工工艺 规程及一些工序的专用夹具设计。汽车变速箱箱体零件的主要加工表面是平面及孔系。保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确的划分为粗加工和精加工阶段，以保证孔系的加工精度。基准选择以变速箱箱体的输入轴与输出轴的支承孔作为粗基准，以顶面与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排先以支承孔系定位加工出上表面。再以顶平面与支承孔系定位加工出孔。整个加工过程均选用组合机床，夹具选用专用夹具夹紧。加紧方式多选用手动夹紧，夹紧可靠。

　　　本设计要求“以质量求发展，以效益求生存”，在保证零件加工质量的前提下，提高了生产率，降低了生产成本，是国内外现代机械加工工艺的主要发展方面方向之一。通过对变速箱体零件图的分析及结构形式的了解，从而对变速箱体进行工艺分析、工艺说明及加工过程的技术要求和精度分析。然后再对变速箱体的底孔、轴承孔的加工进行夹具设计与精度和误差分析，该工艺与夹具设计结果能应用于生产要求。 　

关键词：变速箱；加工工艺；定位；夹紧；夹具设计

ABSTRACT

　　　This design is car gear-box parts processing procedure and some process of special jig design. Auto gear-box parts of the main processing surface is flat and hole department. Ensure the machining precision of the plane than guarantee hole machining precision of the easy is. Therefore, this design follow the principle of after make face first hole. And the pores and plane into rough machining clear and precise machining stage, to ensure that the hole is processing precision. Benchmark choose to gear-box input shaft and output axis holes as coarse benchmark, supported by end face and two craft hole as fine a benchmark. Main processing procedure in supporting hole is scheduled to produce the surface. Location Then with the plane and supporting hole is positioning processed from holes. The whole process are chosen combination machine tools, clamping fixture choose special jig. Stepping up way many choose manual clamping, clamping reliable.

　　　This design requirements "with quality beg development, with benefits of survival", ensure parts processing quality premise, higher productivity and reduced production cost, is domestic and international modern machining technology is one of the main development direction. Based on the analysis of the body parts drawing variable structure and form of understanding, thus the process of speed changing process explanation and analysis, the processing of technical requirements and precision analysis. Then in the variable speed cabinet of bearing hole and the clamping fixture design and precision machining procedure and the error analysis, this technology and fixture design results can be applied to production requirements.

Key words:  gearbox;  Processing technology;  positioning;  Fixture design; Clamping force

第1章  绪    论

1.1选题背景

　　　材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。

　　　技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。

1.2 选题的目的及意义

　　　选择这样的一个题目来研究，可以促使学生充分调动本科四年来学的大部分知识，并尝试将这些知识综合运用并和实践经验相结合，培养自觉查手册，设计遵循行业标准，生产不仅要考虑质量还要考虑经济性等一个工艺人员必须具备的素质。有利于加快学生适应生产岗位的步伐，有利于高等教育和企业人才需求的衔接。    

　　　通过这次设计实践，能更好的掌握和巩固所学的书本知识，学以致用，加强读图，熟悉图纸，分析图纸的能力，是从理论到实际的一个过渡，为毕业走上工作岗位适应具体工作要求做准备。

　　　目前，国内外汽车和发动机厂家的变速箱体生产大多数采用流水线专用组合机床，定位方式有所不同，有以凸台面定位的，国外大多数采用一面双销定位，轴承孔和拨叉孔等的加工一般采用粗镗——精镗来完成，国外也有较先进的采用先粗镗，再高速铰来加工，提高了生产效率和精度，但需要更精密的机床和控制。

1.3、国内外发展现状

　　　1、国外机床夹具的发展现状

　　　国外生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具;另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20%左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：

　　　(1) 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本;

　　　(2) 能装夹一组具有相似性特征的工件;

　　　(3) 能适用于精密加工的高精度机床夹具;

　　　(4) 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具;

　　　(5) 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率;

　　　(6) 提高机床夹具的标准化程度。

　　　2、国内机床夹具的发展方向

　　　夹具是机械加工不可缺少的部件，在我国机床技术正向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。

　　　(1) 标准化  机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148~T2259-91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

　　　(2) 精密化  随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1";用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。

　　　(3) 高效化  高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右;在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。

　　　(4) 柔性化  机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。

1.4设计的主要内容

　　　1、分析研究部件装配图样和审查零件图

       (1) 分析加工零件的结构特点

       (2) 分析零件的各项技术要求

       (3) 审查零件的机械加工工艺性

    2、零件的工艺规程的编制

　　　要解决主的问题有：定位基准的选择，工艺路线的制定，应用计算法与查表法确定机械加工余量与工序尺寸，最后为切削用量的确定。      

　　　3、零件加工的专用车床夹具

　　　这部分分中详细论述了车床夹具的组成原理与特点，根据零件结构与工艺性能提出设计方案，然后对方案进行详细的分析，包括原理与结构动作的分析，最后对其进行计算分析，包括定位元件的尺寸公差，定位误差的分析计算，切削力的分析计算，夹紧力的分析计算，强度校核。

　　　4、 绘制夹具装配图

　　　5、 编写设计说明

2.1零件的分析

2.1.1零件的作用

　　　变速器是由齿轮，齿轮轴和变速器箱体等零件构成。其主要功用是改变汽车的行驶速度，以适应各种不同的路面条件，并可实现倒速行使。

　　　变速器箱体零件在整个变速器组成中的功用是保证其他各个部件占据合理正确的位置，使之有一个协调运动的基础构件。变速箱体零件质量的优点将直接影响到轴和齿轮等零件的相互位置准确性及变速器组成使用的灵活性与寿命。

　　　变速箱体是个典型的箱体零件，其形状复杂，薄壁（10-20mm）。需要加工多个平面，孔系和螺纹等。钢度低受力和受热等因素影响会产生变形和震动。

2.1.2变速箱体的结构特点

　　　机体是机器和部件的基础零件,由它将机器和部件中许多零件连接成一个整体,并使之保持正确的相互位置,彼此能协调地运动.常见的箱体零件有:各种形式的机床主轴箱.减速箱和变速箱等.

　　　各种箱体类零件由于功用不同,形状结构差别较大,但结构上也存在着相同的特点 :

　　　1. 尺寸较大

　　　机体通常是机器中最大的零件之一,它是其他零件的母体,如大型减速箱体长达5~6m,宽3~4m,重50~60吨,正因为它是一个母体,所以它是机器整体的最大零件.

　　　2. 形状复杂

　　　其复杂程度取决于安装在箱体上的零件的数量及在空间的相互位置,为确保零件的载荷与作用力,尽量缩小体积.有时为了减少机械加工量或减轻零件的重量,而又要保证足够的刚度,常在铸造时减小壁的厚度,再在必要的地方加筋板.凸台.凸边等结构来满足工艺与力的要求.

　　　3. 精度要求

　　　有若干个尺寸精度和相互位置精度要求很高的平面和孔，这些平面和孔的加工质量将直接影响机器的装配精度，使用性能和使用寿命。

　　　4．有许多紧固螺钉定位箱孔

　　　这些孔虽然没有什么特殊要求。但由于分分布在大型零件上，有时给加工带来很大的困难。

　　　由于箱体有以上共特点，故机械加工劳动量相当大，困难也相当大，例如减速箱体在镗孔时，要如何保证位置度问题，都是加工过程较困难的问题。

2.2变速箱体的工艺性

2.2.1零件的工艺分析

　　　要加工孔的孔轴配合度为H7，表面粗糙度为Ra小于1.6um,圆度为0.0175mm,垂直度为0.08mm,同轴度为0.02mm。

　　　其它孔的表面粗糙度为Ra小于12.5um,锥销孔的表面粗糙度为Ra小于1.6um。

　　　盖体上平面表面粗糙度为Ra小于12.5um,端面表面粗糙度为Ra小于3.2um。机体的结合面的表面粗糙度为Ra小于3.2um，结合处的缝隙不大于0.05mm。机体的端面表面粗糙度为Ra小于12.5um。

2.2.2箱体的材料、毛坯及热处理

　　　1、?毛坯种类的确定

　　　常用毛坯种类有：铸件、锻件、焊件、冲压件。各种型材和工程塑料件等。在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素：

　　　（1）依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。例如，零件材料为铸铁，须用铸造毛坯强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。

　　　（2）?依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较的零件采用铸件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻件。

　　　（3）?依据生产类型确定毛坯。大批大量生产中，应选用制造精度与生产率都比较高的毛坯制造方法。例如模锻、压力铸造等。单件小批生产则采用设备简单甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型铸造。

　　　（4）确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。

　　　本减速器是大批量的生产，材料为HT200用铸造成型。

　　　2、毛坯的形状及尺寸的确定

　　　毛坯的尺寸等于零件的尺寸加上（对于外型尺寸）或减去（对内腔尺寸）加工余量。毛坯的形状尽可能与零件相适应。在确定，毛坯的形状时，为了方便加工，有时还要考虑下列问题：

　　　（1）为了装夹稳定、加工方便，对于形状不易装夹稳固或不易加工的零件要考虑增加工艺搭子。

　　　（2）为了提高机械加工的生产率，有些小零件可以作成一坯多件。

　　　（3）有些形状比较特殊，单纯加工比较困难的零件可以考虑将两个甚至数个合制成一个毛坯。例如连杆与连杆盖在一起模锻，待加工到一定程度再切割分开。

　　　在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。

在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。

2.2.3毛坯的材料热处理

　　　长期使用经验证明，由于灰口铸铁有一系列的技术上（如耐磨性好，有一定程度的吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点，通常箱体材料采用灰口铸铁。最常用的是HT200，HT25~47，当载荷较大时，采用HT30~54，HT35~61高强铸铁。

　　　箱体的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。焊接结构有铸—焊、铸—煅—焊、煅—焊等。采用焊接结构可以用小的铸造设备制造出大型毛坯，解决铸造生产能力不足的问题。焊前对各种组合件进行粗加工，可以部分地减轻大型机床的负荷。

　　　毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。

　　　毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是主要加工面要求更高。重要的箱体毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要求。

2.2.4确定毛坯的制造形式

　　　零件的材料HT200。由于年产量为4000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。

2.2.5基面的选择

　　　（1）粗基准的选择  对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承和底面作为主要定位基准，以限制z、z、y、y、五个自由度。再以一面定位消除x、向自由度，达到定位,目的。

　　　（2）精基准的选择  主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工结束的上、下平面作为精基准。

2.2.6确定工艺路线

第3章  镗孔夹具设计

3.1夹具的结构类型

　　　镗床夹具又称镗模它主要用于加工相体，支架等工件上的单孔或孔系。镗模不仅广泛用于一般镗床和镗孔组合机床上也可以用在一般车床、铣床和摇臂钻床上，加工有较高精度要求的孔或孔系。镗床夹具，除具有定位元件、加紧机构和夹具体等基本部分外，还有引导刀具的镗套。而且还像钻套布置在钻模板上一样，镗套也按照被加工孔或孔系的坐标位置，布置在一个或几个专用的镗孔的位置精度和孔的几何形状精度。因此，镗套、镗模支架和镗杆是镗床夹具的特有元件。如镗孔夹具简图3.1

　　　在本次毕业设计中，设计主要分为两大部分进行：工艺编制部分和夹具设计部分。

　　　在工艺部分中，涉及到要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。其中，工序机床的进给量，主轴转速和切削速度需要计算并查手册确定。

　  在夹具设计部分，首先需要对工件的定位基准进行确定，然后选择定位元件及工件的夹紧，在对工件夹紧的选择上，我用了两种不同的夹紧方法，即：粗铣下平面用的是螺钉压板夹紧机构，粗铣前后端面时用的是手动夹紧机构，两种方法在生产中都有各自的优点和不足，但都广泛运用在生产中。然后计算铣削力以及夹紧工件需要的夹紧力，这也是该设计中的重点和难点。

　　　　目前我国已经生产出五轴联动的大型机床，相信不久的将来一定能在一台机床上加工不同的工艺，使夹具更简单，更便捷，一个零件从毛坯到成品在一条生产线上实现，更大的提高生产效率和经济效益。

　　　　最后，这次毕业设计是我初次接触实际产品的设计工作，缺乏实际经验，设计时间较为仓促，本次设计中，会有许多不完善的地方，恳请各位老师批评指正。

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